以太坊项目架构模型

一、 ETH架构结构

学习以太坊的第一步，最重要的就是首先知道以太坊有什么功能和以太坊的基础架构，宏观上先 清楚以太坊是什么，然后在学习各个模块的作用和模块之间的关系，最后在深入浩瀚的源码中， 这种思路对学习以太坊源码很有帮助。下面这些以太坊架构图，很简单但是也很经典，所以首先 我们先用这些图介绍以太坊的架构特征。 二、 从逻辑上分析以太坊 首先看一张以太坊逻辑图

• 数据层：本质是一个数据库，存储区块链中的所有信息内容，以太坊的存储是由leveldb数据 库保存的,leveldb的数据是以键值对的形势存储。所有与交易，操作相关的数据，都保存在 区块中，并且每个区块链接起来，则构成更大的区块体系，称为区块链。所有交易或操作， 存在各个个体账户的状态(state)中，账户的呈现形式是为stateObject有statedb统一管理。
• 网络层：以太坊底层分布式网络即P2P网络，使用了经典的Kademlia网络，可以称为kad, kad是一种能在本身节点边查找临近节点的算法，最终通过UDP实现网络广播，为了能够在 全互联网实现通讯，以太坊采用NAT穿透技术实现路由器的穿透，确保全世界以太坊全节点 信息保持一致。
• 共识层：共识层就是规定通过何种方式实现交易记录的过程。比如比特币用的是工作量证明 机制，用PoW标示，该共识算法完全取决于电脑的性能越好，越容易获取到货币奖励。以太 坊也是采用P〇W算法，但是PoW存在很多大弊端，比如非常费电浪费资源，所以以太坊有从 PoW转向PoS算法的趋势。我自己理解这种方式是必然趋势，但是这样会破坏以太坊现有架 构，所以难度非凡。
• 激励层：以太坊采用PoW方式实现挖矿机制。
• 合约层：最早的公链是没有这一层的，所以最初的公链只能进行交易，而无法用于其他的领 域或是进行其他的逻辑处理。由以太坊的出现，合约层显体现出重大作用，通过合约层开发 者可以开发任意多的DAPP，实现完整的区块链生态系统，以太坊中这部分包括了坊虚拟机 EVM和智能合约两部分。
• 应用层：以太坊最上层，也是显示层。如以太坊使用的是truffle和web3-js技术。可以是移动 端或者web端，目前在应用层开发的产品层次不穷，比如以太坊加密猫、fomo3D都是风靡 一时的应用层产品。基于此层开发DAPP，发行代币等都是在这个层面，通过DAPP提供的 Web应用和智能合约交互。

  三、从结构上分析以太坊

  我们看一下以太坊层次图 以太坊最上层的是DApp。它通过Web3.js和智能合约层进行交互。所有的智能合约都运行在 EVM (以太坊虚拟机）上，并会用到RPC的调用。在EVM和RPC下面是以太坊的四大核心内容， 包括：blockChain,共识算法，挖矿以及网络层。除了DApp外，其他的所有部分都在以太坊的客 户端里，目前最流行的以太坊客户端就是Geth (Go-Ethereum)

  四、从体系上分析以太坊

• 1区块链范式
  • 1.1基于交易的状态机系统
    • 1.1.1创世区块起源（genesis) -1.1.2状态改变到最终状态 。1.2账户状态 -1.2.1账户余额 -1.2.2名誉度 -1.2.3信誉度 -1.2.4显不世界附属 -1.2.5扫绘信息
  • 1.3交易是链的两个状态桥梁
  • 1.4 一个有效的状态是通过交易进行的
  • 1.5区块链中交易信息，通过Hash算法连接
  • 1.6挖矿
    • 1.6.1付出一些列工作量还蠃得交易记账权
    • 1.6.2 Proof Of Work
  • 1.7单位
    • 1.7.1内置货币单位
    • 1.7.2换算
    • 1.7.3价值标示W曰单位计算
    • 1.7.3.1 货币
    • 1.7.3.2 余额
    • 1.7.3.3 支付
  • 1.8系统多状态共存Ghost协议
• 2约定
• 3区块状态和交易

  五、以太坊简易框架

  如果阅读当前版本的以太坊难度大，那么我们不读一下github上的以太坊最初版本，通过阅读这 个代码可以加深理解以太坊的模块组成，揣测设计的想法和思路。去掉单元测试文件，整个项目 最重要的部分其实只有以下部分

  big.go vm.go parsing.go transaction.go block.go block_manager.go ethereum.go serialization.go

8个文件。这8个文件都比较小，功能比较简单，也很好理解。 数学封装 big.go封装了大整数的指数运输。 虚拟机 vm.go主要作用为通过操作码编译只能合约，定义了虚拟机操作码，操作码类型，虚拟机结构和虚拟机的实现。

以太坊vm的实现是基于栈的完成的，实现相对比较简单。

智能合约编译parsing.go主要实现的是智能合约的编译和对编译后的代码进行处理，后续供虚拟机执行。

交易transaction.go定义了交易的结构，还有费用和收益变量。一笔交易包括发起者， 接受者，交易的数量，交易的费用，编译后的脚本源码，运行需要内存，交易签名和地址。费用和收益变量只有初始化赋值，没有具体使用。脚本源码是智能合约的雏形，为了方便描述和理解 还是称呼它为智能合约。此时的智能合约语言和x86intel汇编类似，语法比较简单，一个操作指 令加上操作数，操作数的个数最常见是0个，1个，2个和3个，设计者实现的时候，最多可以支持 6个。操作指令和操作数之间用空格分开，操作数与操作数之间也用空格分开。

vm运行时，根据编译规则的逆规则，解析出指令码和操作数，根据指令码的功能，进行下一步 处理。运行需要内存没有使用，猜测是用作运行智能合约。签名字段没有使用，猜测是校验交易 是否篡改过。地址是对transaction结构序列化后的字节数组取sha256的前20位。 区块 block.go用来定义块结构，非常简单，仅包含一个transaction数组. 区块管理器 Wock_manager.go是定义块管理器，用来处理块，持有一个vm指针，依次执行块里面的每一个 交易的智能合约。 以太坊入口 ethereum.go是demo程序入口，mock两笔交易，打印vm执行的日志，最后打印了其中一笔交易 的序列化结果。 交易序列化 serialization.go实现序列化功能，采用的是RLP编码，只能对字符串编码。编码规则是：

• 如果是字符串，编码结果是"\x00"加上字符串的长度，再加上原字符串。计算字符串的长度有 一个规则，确保编码无二义性，能正确解码。 如果是字符串数组，编码结果是"\x01"加上每一个字符串编码结果的长度和的编码，再加上每 一个字符串的编码结果。有点绕口，这是个递归的过程。
• 如果是其他类型需要转换成字符串或者字符串数组。
• RLP编码的规律是以数据类型开始，字符串是"\x00"，字符串数组是"\x01,然后是数据长度，最后 是数据内容。

RLP编码和解码是互逆过程，实现比较简单，编码紧凑，传输效率较高，后续版本中，在网络传 输和本地存储都有RLP编码。

总结

总体来说，这个版本的代码比较简单，是geth的初始设计和验证，不过对于初次学习geth源码， 整体认识geth还是有一定的意义。